浅析我国工业发展对电压稳定的要求

吴金龙

摘要：随着电力工业的不斷发展，商业化的电力运转对电力系统的稳定性要求也越来越高。电力系统本身就是一个高度非线性的复杂系统，在电力系统中，电压不稳定已成为电力系统丧失稳定性的一个重要内容。因电压失稳带来的巨大经济损失，已引起了诸多关注，电压失稳的机理、电网电压稳定指标、防止电压失稳事故发生的策略等一系列研究课题成为研究者们关注的热点。本文就电压的稳定性及其类型做初步探讨。

关键词：电力系统；电压失稳；稳定性

电压崩溃引起的停电事故让工业生产停滞，人民生活受到影响。研究电压的稳定性，对确保电力系统安全可靠的运行具有重要意义。

电压稳定破坏对社会和国民经济所产生的负面影响极大。电压稳定事故发生的共同点是其突发性和隐蔽性，运行人员在事故形成期间难以察觉，不能及时采取有效的控制措施，一旦崩溃就很难挽回。因此，研究并保证电压的稳定性，对于防止电压失稳和提高输送电系统的安全可靠性都有十分重要的意义。

一、电压稳定的定义

IEEE电压稳定工作小组和国际大电网会议的TF38.02.10工作组在上世纪九十年代各自给出的定义基础上又在2004年5月，联合在一起开会讨论并给出了一份关于电力系统稳定性进行重新定义和分类的会议成果报告。这份联合报告指出：电压稳定是指电力系统遭受扰动后系统中所有母线节点电压都能保持在稳定的、可接受的水平，它在一定程度上反应电力系统保持或恢复负荷需求的能力以及功率供给平衡的能力。

电力系统的电压稳定性是指在给定的初始运行条件下，遭受扰动后电力系统在所有母线上保持稳定电压的能力。他依赖于电力系统中保持或恢复负荷需求和负荷供给平衡的能力。在发生电压失稳时，可能会引起电网中各个环节的电压浮动，导致系统负荷丧失，级联停电和跳闸等事故。

电力系统在给定的稳态运行点遭受一定的扰动后，如果负荷节点的电压能够达到扰动后平衡点的电压值，则称系统为电压稳定。此时，系统扰动后的状态位于系统扰动后稳定平衡点的吸引域之内。

电力系统在给定的稳态运行点遭受一定的扰动后，如果故障后平衡点超出系统运行限制范围，系统将发生电压崩溃。电压崩溃可能是全局性的（停电）也可能是局部范围的。

判断电压稳定的准则是：在正常运行情况下，对于系统中的每个母线，电压的幅值随着该母线注入无功功率的增加而升高。如果系统中至少有一个母线，其母线电压的幅值随着该母线注入无功功率的增加而降低，则该系统是电压不稳定的。

二、电压崩溃主要原因分析

近年来，随着电力工业的发展，电力系统规模日益扩大，逐步进入高电压、大机组、大电网时代，同时伴随电力改革和电力市场的实践，长线路、重负荷及无功储备不足的特征逐渐突出，系统的电压安全裕度倾向于越来越小，使电力系统常常运行在稳定的边界。目前系统运行操作人员并不能准确掌握系统的电压安全状态。所以事故发生时，缺乏足够的安全信息来采取相应的措施，导致了事故的扩大。

从国内外一些大的电力系统事故的分析来看，发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电压不稳定或者崩溃的程度和范围，难以拟定预防和校正的具体措施。此外，电力系统还具有许多特性，如：（I）系统的运行结构调整频繁，运行工况不断变化；（2）负荷波动，谐波干扰以及随机扰动难以估计；（3）规模庞大，维数高，控制分散性强，完整的运行信息难以获取：（4）存在饱和、死区、限幅等强非线性因素；（5）时变性强，对控制速度要求很高。这些特性使建立电力系统的精确模型变得极为困难，而且即使建立了较精确的数学模型，其结构也过于复杂，难以实现快速有效的实时控制。因此，实时在线评估电力系统电压安全、预测电压崩溃是十分重要的。

三、电压稳定性的分类

将电压稳定性问题适当分类，对电压稳定性的分析、造成不稳定基本因素的识别，以及提出改善稳定运行的方法等都是有利的。

（一）从扰动大小出发，并考虑把必须利用非线性动态分析来检验的现象和可以用静态分析来检验的现象解藕，可将电压稳定分为大扰动电压稳定和小扰动电压稳定。

大扰动电压稳定性关心的是大扰动（如系统故障、失去负荷、失去发电机等）之后系统控制电压的能力。它由系统、负荷特性、两者间连续和不连续控制及保护的相互作用所决定。大扰动电压稳定性的判断，需要考虑系统的非线性响应特性。它可以用包含合适模型的非线性时域仿真来研究；小扰动（或小信号）电压稳定性关心的是小扰动（如负荷的缓慢变化）之后系统控制电压的能力。它受负荷特性以及给定时间内的连续和不连续控制作用的影响。这类问题可能是短期的也可能长期的，在分析时可适当的对系统方程进行线性化，从而使方程变得简单，计算速度大大提高。根据研究的时间范畴，还可以将电压稳定分为暂态电压稳定、中期电压稳定和长期 电压稳定所示。它可以用静态分析方法进行有效的研究。

（二）根据研究的时间范畴，电压稳定问题可以分为暂态电压稳定、中期电压稳定和长期电压稳定。

四、电压稳定的研究展望

电压稳定研究作为电力系统领域的一个重要的实际课题，在近三十年来取得了许多重要的成果，一些电网工程人员研制了电压稳定分析和监测应用软件。但目前理论研究和应用实践表明，对电压稳定问题的认识深度和已取得的成果还远远不能与功角稳定问题研究所取得的理论认识深度及应用成果相比拟，还不能通过对电压稳定全面的分析、预防、监测、控制确保电力系统的安全可靠运行。因此目前仍然存在的问题和今后可能的研究方向主要有：

1.电压崩溃的机理研究；

2.对各种元件的动态特性还缺乏全面的分析和统一的认识，负荷建模仍然是电压稳定研究的最大难题；

3.影响电压稳定的主要随机因素的统计特性的获取，以及这些随机因素统计特性比较复杂时如何进行电压稳定概率分析。

电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。尽管电压稳定问题及其相关现象十分复杂，在过去几十年间，人们己经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。随着系统规模的不断发展，新型控制设备的不断投入运行以及电力市场化的不断深入，人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据，需要将电压安全评估与控制不断推向在线应用。

研究电压的稳定性，对保证电力系统的正常运作起到积极作用，对我国工业的发展，人民的生活都能起到很好的促进作用。电压稳定性的研究，也随着科学进步的发展而将取得更加深入的研究成果，并最终应用于生活。

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